JP2009195977A - Automatic welding control method and automatic welding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動溶接制御方法及び自動溶接装置に係り、特に、溶接用レーザセンサと溶接用視覚センサを併用して、高精度の溶接制御を行なうことが可能な自動溶接制御方法、及び、この自動溶接制御方法を採用した自動溶接装置に関する。 The present invention relates to an automatic welding control method and an automatic welding apparatus, and in particular, an automatic welding control method capable of performing high-precision welding control using a welding laser sensor and a welding visual sensor in combination, and The present invention relates to an automatic welding apparatus employing an automatic welding control method.
アーク溶接を行なう際に、溶接トーチの溶接線倣いや溶融池の大きさ等を適正に保つように溶接条件を適応制御するため、CCDカメラ等を有する視覚センサを使用して溶接部とその近傍の画像を撮像するようにしている。 When performing arc welding, a welding sensor and its vicinity are used by using a visual sensor with a CCD camera, etc. to adaptively control the welding conditions so as to properly maintain the welding line copy of the welding torch and the size of the weld pool. Images are taken.
発明者は、特許文献1に、溶融池、アークなどの先を放っているものを捉えるための溶接用視覚センサを提案している。
The inventor has proposed a visual sensor for welding in
又、発明者は、特許文献2で、視覚センサで被溶接部材の溶融池とその近傍を撮影し、撮影した画像から溶融池の輪郭を抽出し、抽出した輪郭から溶融池の特異点を抽出し、抽出した特異点から溶接線に対する電極の倣い位置ずれの有無と倣い位置ずれ方向及び狙い位置ずれ量を算出し、算出した電極の位置ずれ量と電極の倣い位置ずれ方向に基づいて溶接トーチの位置を制御する技術を提案している。
In addition, in the
更に、発明者の一人は、特許文献3で、被溶接部材の溶融池とその近傍を視覚センサで撮影し、撮影した画像から溶融池の輪郭を抽出し、抽出した輪郭から溶融池先端部幅を算出し、算出した溶融池先端部幅によりルートギャップの変化量を算出し、算出したルートギャップの変化量に基づいてトーチ揺動幅の制御量と溶接速度の制御量を算出し、算出したトーチ揺動幅と溶接速度の制御量で揺動幅と溶接速度を制御する技術を提案している。 Furthermore, one of the inventors, in Patent Document 3, photographed the weld pool of the member to be welded and its vicinity with a visual sensor, extracted the contour of the weld pool from the photographed image, and extracted the weld pool tip width from the extracted contour. And calculating the route gap change amount based on the calculated weld pool tip width, and calculating the torch swing width control amount and the welding speed control amount based on the calculated route gap change amount. We have proposed a technique for controlling the swing width and welding speed by the control amount of the torch swing width and welding speed.
又、発明者の一人は、特許文献4で、視覚センサで撮影した被溶接部材の溶融池及びその近傍の画像からトーチ揺動の左右端部の画像を抽出し、抽出した左右端部の画像を合成して仮想溶融池画像を有する合成画像を作成し、仮想溶融池画像の左端点と右端点との間の距離を揺動幅特徴量として算出して開先幅変動に対するトーチ揺動パターンの追従(適応)制御を適切に行ない、又、電極画像の先端中心点から仮想溶融池画像の左端点と右端点の中央点までの距離を揺動中心特徴量として算出し、算出した揺動中心特徴量を用いて開先中心線倣い制御を適切に行なう技術を提案している。 In addition, one of the inventors extracted a left and right end image of a torch swing from an image of a weld pool and its vicinity photographed by a visual sensor in Patent Document 4, and extracted left and right end images. To create a composite image having a virtual weld pool image, calculate the distance between the left end point and the right end point of the virtual weld pool image as a swing width feature amount, and torch swing pattern with respect to groove width variation The tracking (adaptive) control is appropriately performed, and the distance from the tip center point of the electrode image to the center point of the left end point and the right end point of the virtual weld pool image is calculated as the swing center feature amount, and the calculated swing A technique for appropriately performing groove centerline scanning control using the center feature is proposed.
又、特許文献5には、溶接状況を撮像して、開先形状とその中に置かれた仮付けビードの高さを画像処理によって計算処理することにより、仮付けビードの高さを計算する一方、事前に仮付けビードの始端部、終端部、及び仮付けビード部上での前記ビード高さに応じた最適な溶接条件をデータベース化しておき、これをそれぞれの仮付け位置のビード高さに応じてデータベースから最適な溶接条件を選定し、その値で溶接させる技術が開示されている。 Patent Document 5 calculates the height of a tacking bead by imaging the welding situation and calculating the groove shape and the height of a tacking bead placed therein by image processing. On the other hand, the optimum welding conditions according to the bead height on the start and end portions of the tacking bead and the tacking bead portion are stored in a database in advance, and this is the bead height at each tacking position. A technique is disclosed in which optimum welding conditions are selected from a database and welding is performed at the value.
溶接用視覚センサを使用する利点は、溶接中に溶融池及びその真上の溶接電極を直接撮影し、その画像を通じて溶接電極の開先内での位置が適正かどうかを直接検出できるため、例え溶接電極の曲がり癖が変化しても、溶接トーチの開先倣い精度が精度良く行える点、及び、開先形状の変化が間接的にリアルタイムで推定できるので、溶接条件の適応制御も行なえる点にある。 The advantage of using a visual sensor for welding is, for example, that the weld pool and the welding electrode directly above it can be directly photographed during welding, and the position of the welding electrode in the groove can be directly detected through the image. Even if the bending curve of the welding electrode changes, the groove tracing accuracy of the welding torch can be accurately performed, and the change of the groove shape can be estimated indirectly in real time, so that the welding conditions can be adaptively controlled. It is in.
しかしながら、溶融池自身は流体であるので、様々な外乱を受け易いと同時に、アーク光の影響で溶融池画像の輝度も変化し易いため、溶融池画像の安定性があまり良くない。そのため、開先寸法変化量の計測精度があまり高く期待できない等の問題点を有する。 However, since the molten pool itself is a fluid, it is susceptible to various disturbances, and at the same time, the brightness of the molten pool image easily changes due to the influence of arc light, so the stability of the molten pool image is not so good. Therefore, there is a problem that the measurement accuracy of the groove dimension change amount is not so high and cannot be expected.
又、開先内に仮付けビードがある場合には、仮に視覚センサが仮付けビードの有無を検出できたとしても、通常、視覚センサで仮付けビードの有無を検出したときには、溶接アークが既に仮付けビードの上に登っているか、あるいは、仮付けビードから離れているため、このときに例え溶接条件を瞬時に変えられても、仮付けビードの始点部と終点部に溶接欠陥を残してしまう恐れがあった。 Also, if there is a temporary bead in the groove, even if the visual sensor can detect the presence or absence of the temporary bead, the welding arc is usually already detected when the visual sensor detects the presence or absence of the temporary bead. Even if the welding conditions can be changed instantaneously at this time, the welding defects remain at the start and end points of the tack bead because they are climbing on the tack bead or away from the tack bead. There was a fear.
このような問題点を解決するため、溶接用レーザセンサを同時に使用する方法が考えられる。溶接用レーザセンサは、一般に、フライイングスポットレーザ光かスリットレーザ光を溶接位置前方の開先に照射して、その開先の光切断像をカメラで撮影し、画像処理を通じて開先形状の変化を直接検出するものである。従って、適正なカメラ、フィルタ及び画像処理技術等を使用すれば、比較的容易に高い検出精度が得られる。レーザセンサを利用するもう1つの利点は、溶接条件がフィードフォワード制御で制御できることである。例えば、開先内に仮付けビードがある場合、レーザセンサにより仮付けビードの有無を事前に察知することができるため、アークが仮付けビード部を通過する時に、溶接条件をタイミング良く変化させて、仮付けビードの始点部と終点部に溶接欠陥を残さずに溶接することができる。 In order to solve such problems, a method of simultaneously using a welding laser sensor is conceivable. In general, a welding laser sensor irradiates a groove in front of a welding position with a flying spot laser beam or a slit laser beam, takes a light-cut image of the groove with a camera, and changes the groove shape through image processing. Is detected directly. Therefore, high detection accuracy can be obtained relatively easily by using an appropriate camera, filter, image processing technique, and the like. Another advantage of using a laser sensor is that the welding conditions can be controlled with feedforward control. For example, if there is a temporary bead in the groove, the presence or absence of the temporary bead can be detected in advance by the laser sensor. Therefore, when the arc passes through the temporary bead, the welding conditions are changed in a timely manner. It is possible to perform welding without leaving a welding defect at the start point and the end point of the tacking bead.
溶接用レーザセンサは開先倣い制御にも良く使われるが、溶融前に事前認識する方法では、計測と制御の間にタイムラグがあるため、溶融中の変化には対応できず、曲線の開先倣い制御では使い難いという問題点がある。又、たとえ直線の開先倣い制御でも、溶接電極とレーザセンサとの間の相対位置は固定されているか、又は、その変化量がリアルタイムで把握できる必要がある。何故ならば、レーザセンサでは、溶接電極が撮影視野に入っていないため、センサと電極間の相対位置をリアルタイムで計測できないからである。従って、センサと電極間の相対位置にランダムな変動があると、その変化分が結果として開先倣い制御の誤差として残ってしまうという問題点を有していた。 Laser sensors for welding are often used for groove tracking control, but the method that recognizes them in advance before melting cannot respond to changes during melting because there is a time lag between measurement and control. There is a problem that it is difficult to use in copying control. Further, even in the case of straight groove tracking control, it is necessary that the relative position between the welding electrode and the laser sensor is fixed or the change amount thereof can be grasped in real time. This is because in a laser sensor, since the welding electrode is not in the field of view, the relative position between the sensor and the electrode cannot be measured in real time. Therefore, if there is a random variation in the relative position between the sensor and the electrode, there is a problem in that the variation remains as an error in groove tracking control.
上記のように、溶融池、アーク等の光を放っているものを捉える溶接用視覚センサと、反射光なので、どこの形状でも捉えられるレーザセンサは、それぞれの得意と不得意分野がある。従って、両方を同時に使用すれば、互いに補完でき、理想的な溶接制御システムが構築できる。しかし、両方を同時に使用すると、2つのセンサシステムが必要であり、コスト的に割高になると同時に、溶接トーチの近傍に2つのセンサヘッドを装着しなければならないので、溶接トーチのワークへのアクセス性を著しく損ねる恐れがあった。 As described above, the visual sensor for welding that captures light that emits light, such as a molten pool, an arc, and the like, and the laser sensor that can capture any shape because it is reflected light have their respective strengths and weaknesses. Therefore, if both are used simultaneously, they can complement each other and an ideal welding control system can be constructed. However, if both are used at the same time, two sensor systems are required, which is expensive, and at the same time two sensor heads must be mounted in the vicinity of the welding torch. There was a risk of serious damage.
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、レーザセンサと視覚センサの複合センシングシステムを用いて、溶接前の開先形状の事前ティーチングが省略可能な自動溶接制御方法及び自動溶接装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. An automatic welding control method and an automatic welding method that can eliminate the prior teaching of the groove shape before welding by using a combined sensing system of a laser sensor and a visual sensor. It is an object to provide a welding apparatus.
本発明は、被溶接物に対し、少なくともレーザ投光器、レーザセンサ用フィルタ及び画像撮影カメラからなるレーザセンサと、少なくとも視覚センサ用フィルタ及び画像撮影カメラからなる視覚センサの複合センシングシステムを用い、溶接中に視覚センサとレーザセンサを交互に機能させることによって溶接制御を行なうことを特徴とする自動溶接制御方法により、前記課題を解決したものである。 The present invention uses a combined sensing system of a laser sensor including at least a laser projector, a laser sensor filter and an image capturing camera, and a visual sensor including at least a visual sensor filter and an image capturing camera, on an object to be welded. The above-mentioned problem is solved by an automatic welding control method characterized in that welding control is performed by causing a visual sensor and a laser sensor to function alternately.
前記複合センシングシステムは、レーザセンサ用フィルタと視覚センサ用フィルタが交換可能に機能された単一の画像撮影カメラを含むことができる。 The composite sensing system may include a single image capturing camera in which a filter for a laser sensor and a filter for a visual sensor are interchangeably functioned.
前記複合センシングシステムを、溶接アーク直前を見込む状態ではレーザセンサとして使用し、センサ情報を溶接インプロセスで計測し記憶して、これらの情報に基づきフィードフォワード制御で溶接を行ない、溶接アークを見込む状態では視覚センサとして使用し、溶接中に生じた溶接状況の変化を溶接インプロセスで検出して、それらの情報に基づきリアルタイムでフィードバック制御することができる。 A state in which the composite sensing system is used as a laser sensor in a state in which the welding arc is expected to be measured, sensor information is measured and stored in a welding in-process, welding is performed by feedforward control based on the information, and a welding arc is expected Therefore, it can be used as a visual sensor to detect changes in the welding situation that occur during welding by welding in-process, and to perform feedback control in real time based on such information.
ここで、前記溶接中に生じた溶接状況の変化が、溶接トーチの開先倣いのずれである場合は、該ずれを視覚センサ情報である溶接電極(ワイヤとも称する)と溶融池の位置関係の変化で検出し、それらをリアルタイムでフィードバック制御することができる。 Here, when the change in the welding situation that occurs during the welding is a deviation in the groove tracing of the welding torch, the deviation is related to the positional relationship between the welding electrode (also referred to as a wire) that is visual sensor information and the molten pool. Changes can be detected and feedback controlled in real time.
あるいは、前記溶接中に生じた溶接状況の変化が、初層溶接時に必要な適正な溶着量の変化である場合は、視覚センサ情報である初層溶接時の溶融池の高さ変化に基づき溶着量の追加的な補正量を求めて、リアルタイムでフィードバック制御することができる。 Alternatively, if the change in the welding situation that occurred during the welding is a change in the appropriate amount of welding required during the first layer welding, the welding is performed based on the height change of the weld pool during the first layer welding, which is visual sensor information. An additional correction amount of the amount can be obtained and feedback control can be performed in real time.
本発明は、又、少なくともレーザ投光器、レーザセンサ用フィルタ及び画像撮影カメラからなるレーザセンサと、少なくとも視覚センサ用フィルタ及び画像撮影カメラからなる視覚センサと、該視覚センサとレーザセンサを、溶接中に溶接アーク直前を見込む状態と溶接アークを見込む状態で交互に機能させるための手段と、前記レーザセンサ及び視覚センサによって得られた画像から溶接制御データを算出する画像処理装置と、溶接トーチを備えた自動溶接機と、前記溶接制御データに基づいて、該自動溶接機を制御する手段と、を備えたことを特徴とする自動溶接装置を提供するものである。 The present invention also provides a laser sensor including at least a laser projector, a laser sensor filter and an image capturing camera, a visual sensor including at least a visual sensor filter and an image capturing camera, and the visual sensor and the laser sensor during welding. A means for alternately functioning in a state in which a welding arc is expected and a state in which a welding arc is expected, an image processing device that calculates welding control data from images obtained by the laser sensor and the visual sensor, and a welding torch are provided. An automatic welding apparatus comprising an automatic welding machine and means for controlling the automatic welding machine based on the welding control data is provided.
ここで、前記レーザセンサ用フィルタと視覚センサ用フィルタが交換可能に機能された単一の画像撮影カメラを備えることができる。 Here, it is possible to provide a single image capturing camera in which the laser sensor filter and the visual sensor filter function so as to be interchangeable.
又、前記画像撮影カメラとレーザ投光器及び溶接トーチを、全て同一の梁に取り付け、前記画像撮影カメラが、レーザ投光器の投光位置及び溶接トーチの溶接位置を撮影可能とすることができる。 Further, the image photographing camera, the laser projector, and the welding torch are all attached to the same beam, and the image photographing camera can photograph the light projecting position of the laser projector and the welding position of the welding torch.
本発明に係る複合センシングシステムでは、溶融池、アーク等の光を放っているものを捉える視覚センサと、反射光により何処の形状でも捉えられるレーザセンサを溶接中に交互に機能させる。これを実現するために、複合センシングシステムのセンサーヘッドを、例えば一つのスライダに取付け、このスライダを溶接方向に沿って前後に動かさせる。 In the composite sensing system according to the present invention, a visual sensor that captures light emitted from a molten pool, an arc, and the like and a laser sensor that can capture any shape by reflected light are caused to function alternately during welding. In order to realize this, the sensor head of the composite sensing system is attached to, for example, one slider, and this slider is moved back and forth along the welding direction.
スライダが、例えば一番前の溶接アーク直前を見込む位置に来た時には、この複合センシングシステムをレーザセンサとして使用し、開先寸法や開先位置、開先内の仮付けビードなどのセンサ情報を溶接インプロセスで計測し記憶しておき、そして、これらの計測データに基づき溶接条件や開先倣いなどをフィードフォーワード制御する。 For example, when the slider comes to a position where it looks just before the front welding arc, this combined sensing system is used as a laser sensor, and sensor information such as groove dimensions, groove position, and temporary bead in the groove is displayed. It is measured and stored in the welding in-process, and based on these measurement data, welding conditions, groove copying, and the like are feedforward controlled.
一方、スライダが、例えば一番後ろの溶接アーク直前を見込む位置に来た時には、この複合センシングシステムを視覚センサとして使用し、レーザセンサによるフィードフォーワード制御の誤差、たとえばトーチの開先倣いずれや、溶接熱による開先幅の変化または目違い隙間への溶融金属のランダム的な流出による溶着量の変化などを溶接インプロセスで検出して、それらの計測データに基づいてリアルタイムでフィードバック制御する。 On the other hand, when the slider comes to a position where it looks just before the rearmost welding arc, for example, this composite sensing system is used as a visual sensor, and an error in feedforward control by the laser sensor, for example, the groove tracing of the torch. Then, a change in the groove width due to the welding heat or a change in the amount of welding due to the random outflow of the molten metal into the gaps is detected by welding in-process, and feedback control is performed in real time based on the measurement data.
従って、視覚センサとレーザセンサのそれぞれの得意分野を生かし、互いに補完して、理想的な溶接制御システムを構築できる。 Therefore, an ideal welding control system can be constructed by making the best use of each field of vision sensor and laser sensor and complementing each other.
更に視覚センサとレーザセンサを複合化したので、センサヘッドや計測システムも1つだけでよく、画像処理もソフトウェアで対応できるので、溶接トーチのワークヘのアクセス性を損ねたり、画像処理装置のハードウェアを複雑化することもない。 Furthermore, since the visual sensor and the laser sensor are combined, only one sensor head and measurement system are required, and image processing can be handled by software, so that the accessibility of the welding torch to the workpiece may be impaired, and the hardware of the image processing apparatus Is not complicated.
更に、溶接前の開先形状の事前ティーチングも不要である。 Furthermore, prior teaching of the groove shape before welding is not necessary.
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に本発明に係る複合センシングシステムの実施形態を溶接中にレーザセンサとして使用する状態を示し、図2に、同じく溶接中に視覚センサとして使用する状態を示す。 FIG. 1 shows a state where an embodiment of the composite sensing system according to the present invention is used as a laser sensor during welding, and FIG. 2 shows a state where it is also used as a visual sensor during welding.
本実施形態は、レーザ投光器30、レーザセンサ用フィルタ32及び画像撮影カメラ36からなるレーザセンサと、視覚センサ用フィルタ34及び前記画像撮影カメラ36からなる視覚センサとを備え、前記画像撮影カメラ36は、レーザセンサ用フィルタ32と視覚センサ用フィルタ34が交換可能に機能された単一の画像撮影カメラとされている。
The present embodiment includes a laser projector including a
前記レーザ投光器30及び溶接トーチ22は、溶接ヘッド20に設けた梁40の一端(図の左端)に固定され、前記画像撮影カメラ36を含むセンサヘッドは、前記梁40上を溶接方向(図の右方向)に沿って前後に移動できるスライダ42の先端(図の右端)に取付けられている。
The
このスライダ42の前後動作は、溶接トーチ22の揺動動作と連動しており、トーチ22が揺動中心を通過する時には、スライダ42が丁度一番伸びた状態で、トーチ22が揺動端部に到達した時には、スライダ42が一番縮んだ状態となるようにする。スライダ42を駆動するための手段は、例えばエアーシリンダ(図示省略)とすることができる。なお、モータや電磁石を使用することも可能である。
The back-and-forth movement of the
一方、トーチ22の揺動が無い場合は、スライダ42の動作は自主的に決めればよい。
On the other hand, when the
複合センシングシステムのレーザセンサと視覚センサとの切替は、スライダ42の動作に同期する。即ち、スライダ42を一番伸ばした時には、レーザ投光器30を素早く照射し、カメラ36を撮影させる。このときの複合センシングシステムはレーザセンサとして機能する。
Switching between the laser sensor and the visual sensor of the composite sensing system is synchronized with the operation of the
ただし、複合センシングシステムを視覚センサあるいはレーザセンサとして使用するときには、それぞれに合ったバンドパスフィルタを使用した方が望ましい。このために、ここで90度回転のできるサイコロフィルタセット31をカメラレンズ前に設置する。このフィルターセット31の動きはスライダ動作と同期し、スライダ42が一番伸びた状態では、レーザセンサ用バンドパスフィルタ32をカメラ36の前に回し、スライダ42が一番縮んだ状態では、視覚センサ用バンドパスフィルタ34をカメラ36の前に回しておく。
However, when the composite sensing system is used as a visual sensor or a laser sensor, it is desirable to use a bandpass filter suitable for each. For this purpose, a dice filter set 31 that can rotate 90 degrees is installed in front of the camera lens. The movement of the filter set 31 is synchronized with the slider operation. When the
サイコロフィルタセット31を回すための手段は、例えば電磁石やモータを使用すればよい。 As a means for rotating the dice filter set 31, for example, an electromagnet or a motor may be used.
図において、10は被溶接物、24は溶接電極、26は溶接条件制御装置、28はリモコン、30Sは照明用レーザ(スリット)光、38は画像処理装置、52は複合センシングシステム制御装置である。 In the figure, 10 is a workpiece, 24 is a welding electrode, 26 is a welding condition control device, 28 is a remote control, 30S is a laser (slit) light for illumination, 38 is an image processing device, and 52 is a composite sensing system control device. .
図3に本実施形態の計測手順を示す。左側は図1に示した如くレーザセンサとして使用するときの計測手順、右側は図2に示した如く視覚センサとして使用するときの計測手順であり、切替は計測モード信号で制御する(ステップ102)。 FIG. 3 shows the measurement procedure of this embodiment. The left side is a measurement procedure when used as a laser sensor as shown in FIG. 1, the right side is a measurement procedure when used as a visual sensor as shown in FIG. 2, and switching is controlled by a measurement mode signal (step 102). .
この複合センシングシステムをレーザセンサとして使用するときには、図1に示した如く、複合センシングシステム制御装置52によりスライダ42を前進させ、同時にフィルタセット31も90°回して、レーザセンサ用(バンドパス)フィルタ32をカメラ36の前に設置する。これで複合センシングシステムはレーザセンサとなる。
When this composite sensing system is used as a laser sensor, as shown in FIG. 1, the
ここで、溶接の制御は先ず、レーザセンサ情報に基づきフィードフォーワード的な方法で行う。制御は、主として溶接条件の適応制御である。つまり、レーザセンサから得た開先内に仮付けビードの有無や開先幅、開先深さおよびルートギャップ等の大きさより溶接条件(溶接電流、電圧、溶接速度、トーチ揺動幅、揺動端部停止時間等)の補正量を求めて、これらを基準溶接条件に加えて溶接をフィードフォワード制御する(ステップ104〜114)。
Here, the welding control is first performed by a feed forward method based on the laser sensor information. The control is mainly adaptive control of welding conditions. In other words, the welding conditions (welding current, voltage, welding speed, torch swing width, swing) are determined based on the presence or absence of a temporary bead in the groove obtained from the laser sensor, the groove width, the groove depth, and the root gap. The amount of correction of the end stop time and the like is obtained, and these are added to the reference welding conditions to perform feedforward control of welding (
図4に、複合センシングシステムをレーザセンサとして使用した時に撮影したV型開先のレーザセンサ光切断像の模式図を示す。一般に、このときのカメラ36の視野には、溶接アーク25が入らないで、レーザスリット光30Sの切断像のみの方が画像処理は易しい。従って、レーザスリット光30Sの照射位置は、アーク前方より20mm以上離れた場所を選ぶことが望ましい。
FIG. 4 is a schematic diagram of a laser sensor light cut image of a V-shaped groove photographed when the composite sensing system is used as a laser sensor. In general, the
このV型開先のレーザ光切断像を画像処理装置38で画像処理すれば、まず5つの特異点SP1〜SP5を見出せる。ここで、SP1は左側板の開先上端点、SP2は右側板の開先上端点、SP3は左側板の開先下端点、SP4は右側板の開先下端点、SP5は裏当て中央点である。そして、これらの特異点より、特徴量SV1〜SV8を求めることができる。ここで、SV1は開先幅、SV2はルートギャップ、SV3は目違い、SV4とSV5はそれぞれ裏当ての左右の隙間、SV6とSV7はそれぞれ左右の板厚、SV8は開先深さを表わす。更に、SP1とSP2あるいはSP3とSP4より開先の中心位置が求められ、又、SP1〜SP5より開先の断面積を求めることも可能である。
If this V-shaped groove laser beam cut image is subjected to image processing by the
一方、開先内の仮付けビード部のレーザ光切断像の模式図は、図5で表せる。ここでも、同様に5つの特異点SP1〜SP5が求められる。従って、これらから特徴量SV1〜SV8を求めて、仮付けビードの無い開先の特徴量と比較すれば、仮付けビードの有無が分かる。例えば、開先深さSV8が板厚よりも短いことが、仮付けビード部の特徴の1つである。 On the other hand, a schematic diagram of a laser beam cut image of the temporary bead portion in the groove can be represented in FIG. Here, five singular points SP1 to SP5 are similarly obtained. Therefore, if the feature amounts SV1 to SV8 are obtained from these and compared with the feature amount of the groove having no temporary bead, the presence or absence of the temporary bead can be known. For example, one feature of the temporary bead portion is that the groove depth SV8 is shorter than the plate thickness.
複合センシングシステムをレーザセンサとして得た開先幅とルートギャップの中心位置データに基づいて、溶接トーチ22の開先倣いも勿論行えるが、その倣い制御の実際ずれを、更に複合センシングシステムを視覚センサとして得た情報に基づき修正する。
Based on the groove width obtained by using the combined sensing system as a laser sensor and the center position data of the root gap, the groove tracing of the
複合センシングシステムを視覚センサとして使用するときには、図2に示した如く、先ず複合センシングシステム制御装置52によりスライダ42を図の左方に後退させて、揺動端部に到着した溶接トーチ22をカメラ36が見込む位置にする。同時にフィルタセット31も90°逆回転して、視覚センサ用フィルタ34をカメラ36の前に設置する。これで複合センシングシステムは視覚センサとなり、このタイミングでカメラ36を撮影させれば、溶融池とワイヤ画像等が撮れる(図3のステップ122〜128)。
When the composite sensing system is used as a visual sensor, as shown in FIG. 2, first, the composite sensing
撮れた溶融池画像とワイヤ画像の処理方法は、例えば、特許文献2乃至4に記載した方法を用いることができる。即ち、特許文献2に記載したように、図6に示す如く、視覚センサで被溶接物10の溶融池12とその近傍を撮影し、撮影した画像から溶融池12の輪郭13を抽出し、抽出した輪郭13から溶融池12の左端点LPと右端点RP及び溶融池12先端の左端点FLPと右端点FRPの4箇所の特異点を抽出する。抽出した4箇所の特異点で構成された四角形14の2本の対角線L1、L2の長さの差を算出し、算出した2本の対角線の長さの差ΔLから溶接線に対する電極24の倣い位置ずれの有無と倣い位置ずれ方向及び倣い位置ずれ量を算出し、算出した電極24の位置ずれ量と倣い位置ずれ方向に基づいて、溶接トーチ22の位置を制御する(ステップ130)。これにより高精度な溶接線倣い制御を行なうことができる。
For example, the methods described in
あるいは、特許文献3に記載したように、図7に示す如く、被溶接物10の溶融池12とその近傍を視覚センサで撮影し、撮影した画像から溶融池の輪郭13を抽出し、抽出した輪郭13から溶融池先端の左端点FLPと右端点FRPを抽出する。抽出した溶融池先端の左端点FLPと右端点FRPの座標から溶融池先端部幅Wを算出し、算出した溶融池先端部幅Woによりルートギャップの変化量ΔWを算出する。算出したルートギャップの変化量ΔWに基づいて、トーチ揺動幅の制御量Wtと溶接速度の制御量Vwを算出し、算出したトーチ揺動幅Wtと溶接速度の制御量Vwで揺動幅と溶接速度を制御する(ステップ130)。これにより、TIG溶接かGMA溶接かを問わず、ルートギャップや裏当て隙間や目違いが変わっても、良好な裏ビード形状とビード品質を安定して得ることができる。
Alternatively, as described in Patent Document 3, as shown in FIG. 7, the
あるいは、特許文献4に記載したように、図8に示す如く、視覚センサで撮影した被溶接物10の溶融池12及びその近傍の画像からトーチ揺動の左右端部の画像16R、16Lを抽出し、抽出した左右端部の画像16R、16Lを合成して仮想溶融池画像12´を有する合成画像18を作成し、仮想溶融池画像12´の左端点LPと右端点RPとの間の距離を揺動幅特徴量として算出して開先幅変動に対するトーチ揺動パターンの追従(適応)制御を適切に行なう。又、電極画像24の先端中心点WPから仮想溶融池画像12´の左端点LPと右端点RPの中央点までの距離を揺動中心特徴量として算出し、算出した揺動中心特徴量を用いて開先中心線倣い制御を適切に行なう(ステップ130)。図において、11´は仮想的な開先である。これにより、ルートギャップや裏当て隙間や目違いが変わっても良好なビード形状とビード品質を安定して得ることができる。
Alternatively, as described in Patent Document 4, as shown in FIG. 8, images 16R and 16L of the left and right end portions of the torch swing are extracted from the
図9に、レーザセンサと視覚センサのそれぞれの情報に基づく溶接制御方法の例を示す。 In FIG. 9, the example of the welding control method based on each information of a laser sensor and a visual sensor is shown.
ここで、溶接の制御は、まず、レーザセンサ情報に基づきフィードフォワード的な方法で行なう。制御は、主として溶接条件の適応制御である。つまり、レーザセンサから得た開先内に仮付けビードの有無や開先幅、開先深さ及びルートギャップ等の大きさより溶接条件(溶接電流、電圧、溶接速度、トーチ揺動幅、揺動端部停止時間等)の補正量を求めて、これらを基準溶接条件に加えて溶接をフィードフォワード制御する。 Here, the welding control is first performed by a feed forward method based on the laser sensor information. The control is mainly adaptive control of welding conditions. In other words, the welding conditions (welding current, voltage, welding speed, torch swing width, swing) are determined based on the presence or absence of a temporary bead in the groove obtained from the laser sensor, the groove width, the groove depth, and the root gap. The amount of correction of the end stop time and the like is obtained, and these are added to the reference welding conditions to perform feedforward control of the welding.
溶接トーチの開先倣いも勿論、レーザセンサから得た開先幅とルートギャップの中心位置データに基づいて行なえるが、その倣い制御の実際のずれは、更に複合センシングシステムを視覚センサとして得た情報に基づいてフィードバックで修正する。 Of course, the groove tracking of the welding torch can be performed based on the groove width obtained from the laser sensor and the center position data of the root gap, but the actual deviation of the scanning control was further obtained as a visual sensor. Correct with feedback based on information.
視覚センサは、主として溶接トーチの開先倣い制御に使用する。但し、初層溶接のときに、裏当て隙間の変動やその隙間に入り込んだ溶接溶融金属量の変化等があるため、単に溶接前にレーザセンサから得たデータ情報に基づくティーチングプレーバックデータによるフィードフォワード制御だけでは、高品質な初層溶接ビードを維持するのには難しい場合もある。従って、視覚センサから得た初層溶接時の溶融池の高さ(特許文献3及び特許文献4参照)に基づき、溶着量の追加的な補正量を求めて、フィードフォワード制御に加えてフィードバック制御を行なう。 The visual sensor is mainly used for groove tracking control of the welding torch. However, since there are fluctuations in the backing gap and changes in the amount of welded molten metal that has entered the gap during the first layer welding, feeding by teaching playback data based solely on data information obtained from the laser sensor before welding is performed. Forward control alone may be difficult to maintain a high quality first layer weld bead. Therefore, based on the height of the weld pool obtained from the visual sensor during the first layer welding (see Patent Document 3 and Patent Document 4), an additional correction amount of the welding amount is obtained, and feedback control is performed in addition to feedforward control. To do.
又、非常時には、手元のリモコン28により手動制御も行なえる。例えば緊急停止とか、あるいはモニタから制御のずれを発見したときに、インプロセスで手動修正を行なうこともできる。
In an emergency, manual control can be performed by the
以上の複合センシングシステムに基づく溶接制御を実施した結果、溶接プロセスの全自動化を実現することができると同時に、実際の開先形状が標準形状から大きく乖離しても、例えば鋼鈑裏当てを付けた開先の場合、ルートギャップの変動が2mm〜12mmであり、又、仮付けビードの有無に関わらず、均一且つ高品質な溶接ビードが得られることが確認できた。 As a result of the welding control based on the combined sensing system described above, it is possible to achieve full automation of the welding process, and at the same time, even if the actual groove shape deviates greatly from the standard shape, for example, a steel plate backing is attached. In the case of the groove, the variation in the root gap was 2 mm to 12 mm, and it was confirmed that a uniform and high-quality weld bead could be obtained regardless of the presence or absence of a tack bead.
本実施形態においては、画像カメラ36をスライダ42の先端に固定し、視覚センサ使用時とレーザセンサ使用時にその位置を梁40上でスライドして変化させるようにしたので、画像撮影カメラ36は固定焦点でよく、高精度の測定が可能である。なお、レーザセンサと視覚センサを入れ換える方法は、スライダを用いた方法に限定されず、画像撮影カメラ36の角度を変更可能として、画像撮影カメラ36がレーザ投光器の投光位置と溶接トーチの溶接位置を選択的に撮影できるようにすることも可能である。この場合には、撮影位置と画像撮影カメラ36間の距離が変化するので、可変焦点とすることが望ましい。
In the present embodiment, the
又、前記実施形態においては、サイコロフィルタセットを用いていたが、レーザセンサ用フィルタと視覚センサ用フィルタを入れ換える方法も、これに限定されない。 Moreover, in the said embodiment, although the dice filter set was used, the method of replacing the filter for laser sensors and the filter for visual sensors is not limited to this.
10…被溶接物
11、11´…開先
12、12´…溶融池
20…溶接ヘッド
22…溶接トーチ
24…溶接電極
26…溶接条件制御装置
30…レーザ投光器
30S…照明用レーザスリット光
31…サイコロフィルタセット
32…レーザセンサ用フィルタ
34…視覚センサ用フィルタ
36…画像撮影カメラ
38…画像処理装置
40…梁
42…スライダ
52…複合センシングシステム制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
溶接中に視覚センサとレーザセンサを交互に機能させることによって溶接制御を行なうことを特徴とする自動溶接制御方法。 Using a composite sensing system of at least a laser projector, a laser sensor filter and an image capturing camera, and a visual sensor composed of at least a visual sensor filter and an image capturing camera for an object to be welded,
An automatic welding control method comprising performing welding control by causing a visual sensor and a laser sensor to function alternately during welding.
少なくとも視覚センサ用フィルタ及び画像撮影カメラからなる視覚センサと、
該視覚センサとレーザセンサを、溶接中に溶接アーク直前を見込む状態と溶接アークを見込む状態で交互に機能させるための手段と、
前記レーザセンサ及び視覚センサによって得られた画像から溶接制御データを算出する画像処理装置と、
溶接トーチを備えた自動溶接機と、
前記溶接制御データに基づいて、該自動溶接機を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする自動溶接装置。 A laser sensor comprising at least a laser projector, a filter for a laser sensor, and an image capturing camera;
A visual sensor comprising at least a filter for a visual sensor and an image capturing camera;
Means for causing the visual sensor and the laser sensor to function alternately in a state where a welding arc is expected immediately before welding and a state where a welding arc is expected during welding;
An image processing device for calculating welding control data from images obtained by the laser sensor and the visual sensor;
An automatic welding machine with a welding torch,
Means for controlling the automatic welder based on the welding control data;
An automatic welding apparatus comprising:
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